【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 參數(shù) ——剪切面的剪應(yīng)力（shear stress in shear plane） ——前刀面上的流屑角，當(dāng)45176。以及切削，≈?！ㄏ蚣羟薪牵╪ormal shear angle） ——前刀面上的摩擦角 (friction angle on rake face) ——法向摩擦角 (normal friction angle)另外，單元刃口切削力可寫(xiě)成[50]：式中 ——法剖面內(nèi)平行于合成切削速度方向單位切削寬度的刃口力——法剖面內(nèi)垂直于合成切削速度方向單位切削寬度的刃口力以上公式所需的基本切削參數(shù)、可由試驗(yàn)公式給出。單元切削力為單元變形力與單元刃口切削力之合，寫(xiě)成:本論文以刀桿的端部裝有兩個(gè)等邊不等角六邊形硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的淺孔鉆為例進(jìn)行受力分析，(b)。將實(shí)際參與切削的切削刃分成七個(gè)部分，包括：刀片2右刃、刀片2左刃bc段及cf段、刀片1右刃ek段及kn段、刀片1左刃no段及過(guò)心部分oq段。按定義在鉆頭坐標(biāo)系oxyz中，將單元切削力、三個(gè)力寫(xiě)成矢量表達(dá)式，對(duì)于刀片2右切削刃有， ， 。求得小單元上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩：刀片2右切削刃沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩：對(duì)于刀片2左切削刃有：(1)段，三角形abc區(qū)域是由雙刃切削形成的，因此進(jìn)給量為。不考慮進(jìn)給量時(shí)的搭接點(diǎn)為a點(diǎn)，它在刀片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為及；考慮進(jìn)給量時(shí)的搭接點(diǎn)為b點(diǎn)，它在刀片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為及。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，將段看作一個(gè)小單元，求出三角形abc在基面內(nèi)的面積就等于求出了段的切削面積。 利用經(jīng)驗(yàn)公式可以求出段上的、 、、從而求出段上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩：(2)段，平行四邊形acfg區(qū)域是由單刃切削形成的，因此進(jìn)給量為。將段分割成許多小單元，任取一個(gè)小單元進(jìn)行分析，利用經(jīng)驗(yàn)公式可以求出這個(gè)小單元上的、。求出小單元上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩： 求出段上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩：對(duì)于刀片1右切削刃有：(1)段 ，三角形dek區(qū)域是由雙刃切削形成的，因此進(jìn)給量為。不考慮進(jìn)給量時(shí)的搭接點(diǎn)為d點(diǎn)，它在刀片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為及；考慮進(jìn)給量時(shí)的搭接點(diǎn)為e點(diǎn)，它在刀片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為及。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，將段看作一個(gè)小單元，求出三角形dek在基面內(nèi)的面積就等于求出了段的切削面積。利用經(jīng)驗(yàn)公式可以求出段上的、,并將、三個(gè)力寫(xiě)成向量的形式，就可以求出段上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩：(2)段，平行四邊形dknm區(qū)域是由單刃切削形成的，因此進(jìn)給量為。將段分割成許多小單元，任取一個(gè)小單元進(jìn)行分析，利用上面的經(jīng)驗(yàn)公式可以求出這個(gè)小單元上的、寫(xiě)出 、的向量形式，可以求出小單元上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩： 然后求出段上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩：對(duì)于刀片1左切削刃的非過(guò)心段，如圖4所示，平行四邊形mnoh區(qū)域是由單刃切削形成的，因此進(jìn)給量為。將段分割成許多小單元，任取一個(gè)小單元進(jìn)行分析，利用上面的經(jīng)驗(yàn)公式可以求出這個(gè)小單元上的、 、、。進(jìn)而求出小單元上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩： 求出段上的力沿著x，y，z三個(gè)方向上的合力及扭矩： 過(guò)心部分的幾何參數(shù)的計(jì)算可轉(zhuǎn)位淺孔鉆內(nèi)刀片，由于靠近刀具旋轉(zhuǎn)中心，線速度較低(中心處為零)，刀片主要受擠壓作用。因此，為了避免讓強(qiáng)度較弱的刀尖參與切削，增強(qiáng)實(shí)際參加切削的切削刃強(qiáng)度，以減小崩刃，使內(nèi)刀片超過(guò)鉆頭中心一定量，稱之為過(guò)心部分。設(shè)過(guò)中心部分切削刃上任意一點(diǎn)在刀片坐標(biāo)系o’x’y’z’中的矢徑為：同一點(diǎn)在鉆頭坐標(biāo)系oxyz中的矢徑為：則由式（1）有： （52）該點(diǎn)在鉆頭坐標(biāo)系oxyz中的合成切削速度矢量可表示為： 式中 主運(yùn)動(dòng)速度幺矢進(jìn)給速度幺矢合成速度幺矢n轉(zhuǎn)速R過(guò)中心部分切削刃上所選點(diǎn)處的半徑，過(guò)中心部分在鉆頭坐標(biāo)系中的前、后刀面相反，因此過(guò)心部分在刀片坐標(biāo)系o’x’y’z’中各矢量方程表示如下：切削刃幺矢： 法前角幺矢： 將過(guò)中心部分安裝在坐標(biāo)系oxyz中后各矢量方程表示如下：切削刃幺矢：切削刃幺矢： 法前角幺矢： 切削刃幺矢： The geometry of cutting edge exceeding the centerline of the drill 過(guò)心部分的幾何參數(shù)切削刃幺矢： 法前角幺矢： 將過(guò)中心部分安裝在坐標(biāo)系oxyz中后各矢量方程表示如下：切削刃幺矢：法前角幺矢：過(guò)中心部分切削刃上任意一點(diǎn)在加工狀態(tài)下的刃傾角、法前角和主偏角計(jì)算如下： (53) (54) (55)且 優(yōu)化模型與優(yōu)化結(jié)果用最優(yōu)化方法解決最優(yōu)化問(wèn)題的技術(shù)稱為最優(yōu)化技術(shù)，它包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：① 建立數(shù)學(xué)模型，即用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述最優(yōu)化問(wèn)題。模型中的數(shù)學(xué)關(guān)系式反映了最優(yōu)化問(wèn)題所要達(dá)到的目標(biāo)和各種約束條件。② 數(shù)學(xué)求解。數(shù)學(xué)模型建好以后，選擇合理的最優(yōu)化方法進(jìn)行求解。 淺孔鉆的優(yōu)化模型由于淺孔鉆內(nèi)外刀片的非對(duì)稱布置，導(dǎo)致刀具在加工時(shí)要產(chǎn)生徑向合力，從而影響了被加工孔的質(zhì)量，因此最大限度地減小淺孔鉆加工時(shí)的徑向合力就成為研究的重點(diǎn)。我們知道，對(duì)于給定的應(yīng)用條件（即工件材料的機(jī)械物理性能、切削用量及切削狀態(tài)等），某種刀片形狀和材質(zhì)必然存在一種最優(yōu)的空間刀片布置方案，以形成合理的空間幾何參數(shù)，使得徑向合力達(dá)到最小。于是，我們將最優(yōu)化原理和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于淺孔鉆的設(shè)計(jì)來(lái)尋找這種最優(yōu)的方案，采用多目標(biāo)非線性約束優(yōu)化方法。最優(yōu)化模型可描述為：目標(biāo)函數(shù)： min and 設(shè)計(jì)變量：∈D式中 ，，邊界約束條件： 作者在建立上述優(yōu)化模型時(shí)，綜合考慮了可轉(zhuǎn)位淺孔鉆的幾何結(jié)構(gòu)及鉆削性能，將刀片1與刀片2的五個(gè)安裝位置參數(shù)的約束邊界限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。優(yōu)化結(jié)果表明，在該范圍內(nèi)可以找到使徑向合力及扭矩為最小的5個(gè)最優(yōu)參數(shù)。 用MATLAB的Fgoalttain求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題利用Fgoalttain函數(shù)求解多目標(biāo)達(dá)到問(wèn)題。假設(shè)多目標(biāo)達(dá)到問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型為： =1,…,m （非線性不等式約束） （非線性等式約束） （線性不等式約束） （線性等式約束）其中為可正可負(fù)的標(biāo)量變量，為第個(gè)目標(biāo)函數(shù)，和分別為第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)系數(shù)和目標(biāo)。加權(quán)系數(shù)控制未達(dá)到目標(biāo)或超過(guò)目標(biāo)的相對(duì)程度，在公式中為一弱化量。fgoalttain函數(shù)的調(diào)用格式為：[x,fval]=fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,lb,ub)其中，goal變量為目標(biāo)希望達(dá)到的向量值。向量的長(zhǎng)度與fun函數(shù)返回的目標(biāo)數(shù)相等。weight變量為權(quán)重向量，可以控制低于或超過(guò)fgoalattain函數(shù)指定目標(biāo)的相對(duì)程度。當(dāng)加權(quán)函數(shù)weight為正時(shí)，fgoalattain函數(shù)試圖使對(duì)象小于目標(biāo)值；當(dāng)權(quán)重weight為負(fù)時(shí)，目標(biāo)函數(shù)大于目標(biāo)值。：開(kāi)始輸入,的已知值和的初值調(diào)用MATLAB優(yōu)化工具箱中的fgoalttain函數(shù)計(jì)算and 及對(duì)應(yīng)的值輸出,結(jié)束 Flow chart for optimization puter program 優(yōu)化程序的計(jì)算流程圖 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化后的鉆頭幾何參數(shù)由于兩塊硬質(zhì)合金刀片在徑向非對(duì)稱分布，導(dǎo)致了淺孔鉆在加工時(shí)要產(chǎn)生徑向合力，從而影響機(jī)床的受力與刀具的變形，進(jìn)而影響被加工孔的質(zhì)量（主要是孔的形狀精度）。影響徑向合力的大小和作用方向的主要因素有鉆頭的幾何參數(shù)、可轉(zhuǎn)位刀片在鉆頭上的裝夾位置和鉆頭的橫截面。因此，本論文從理論上優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)，尋找能使徑向合力及扭矩達(dá)到最小，并且優(yōu)化后的幾何參數(shù)有利于改善刀具切削性能的最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。下面以Φ25的淺孔鉆為例，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，采用多目標(biāo)達(dá)到法，將已知數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的初值代入優(yōu)化模型中。 優(yōu)化結(jié)果 Optimal Results123參 數(shù)初 值54112優(yōu) 化結(jié) 果 鉆頭直徑與優(yōu)化參數(shù)間的關(guān)系~56mm的淺孔，前邊僅對(duì)直徑為25mm的鉆頭進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。將數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化模型應(yīng)用于不同直徑的可轉(zhuǎn)位淺孔鉆，研究鉆頭直徑與優(yōu)化參數(shù)間的關(guān)系。,1 ，2 ，3值。 優(yōu)化參數(shù)/鉆頭直徑 Optimum Parameters/ Drill Diameter安裝角度鉆頭直徑1232022252830344248 52563 可轉(zhuǎn)位淺孔鉆智能CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)要求有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，選擇好的CPU對(duì)于CAD系統(tǒng)是至關(guān)重要的，一般要求PentiumIII以上。CAD系統(tǒng)的圖形顯示速度和計(jì)算能力也要求有性能良好的顯示適配器（VGA以上）和較大內(nèi)存（64M以上）[11]，在開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)時(shí)，采用Intel Pentium4 處理器，256MB內(nèi)存。軟件的更新?lián)Q代是最快的，開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)時(shí)，選用的操作系統(tǒng)是WindowsXP系統(tǒng)，在此操作系統(tǒng)下，我們選用了Visual Studio C++,Pro/E Wildfire(英文版),SQL Server2000等作為開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)的軟件。Pro/Engineer軟件是由美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司（Parametric Techology Corporation,PTC）開(kāi)發(fā)的新一代CAD/CAM系統(tǒng)，該軟件是一種采用了特征建模技術(shù)，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)化的通用CAD系統(tǒng)。自從面世以來(lái)，以全參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)、基于特征、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)等優(yōu)點(diǎn)深受用戶好評(píng)，并成為國(guó)際參數(shù)化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前Pro/Engineer軟件在我國(guó)的機(jī)械、電子、家電、模具等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用數(shù)量大大超過(guò)了同類型的其他國(guó)外產(chǎn)品。雖然Pro/Engineer軟件功能非常強(qiáng)大，通用性非常好，然而在具體的使用過(guò)程中不可能滿足各種要求，特別是國(guó)外的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)等方面和國(guó)內(nèi)存在較大差異，因此，以Pro/Engineer軟件為平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使之適合國(guó)內(nèi)外企業(yè)設(shè)計(jì)的要求，更大限度的發(fā)揮Pro/Engineer的作用，已成為該軟件應(yīng)用過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作?？上驳氖荘ro/Engineer具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)和優(yōu)秀的二次開(kāi)發(fā)工具，允許用戶和開(kāi)發(fā)者對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)充和修改。Pro/Engineer常用的二次開(kāi)發(fā)工具有：族表(Family Table)、用戶定義特征(UDF)、Pro/Program、Jlink、Pro/Toolkit等。Pro/Toolkit是Pro/E自帶的功能最強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)工具，它是基于C語(yǔ)言的，其主要目的是讓用戶或第三方通過(guò)C程序代碼擴(kuò)充Pro/Engineer系統(tǒng)的功能，開(kāi)發(fā)基于Pro/Engineer系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊，從而滿足用戶的特殊要求。不僅如此，還可以利用Pro/Toolkit提供的UI對(duì)話框、菜單以及Visual C++，設(shè)計(jì)出方便實(shí)用的人機(jī)交互界面，從而大大提高系統(tǒng)的使用效率。Pro/Toolkit工具包提供了開(kāi)發(fā)Pro/Engineer所需的函數(shù)庫(kù)文件和頭文件，使用戶編寫(xiě)的應(yīng)用程序能夠安全地控制和訪問(wèn)PE，并可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序模塊與Pro/Engineer系統(tǒng)的無(wú)縫集成。Pro/Toolkit支持在Windows 2000/NT/XP操作系統(tǒng)中使用C和C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序，采用Microsoft Visual C++ 作為編譯器和連接器，并可以在Microsoft visual C++ 的集成環(huán)境下完成程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試和編譯[3]。 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)軟件Microsoft Visual C++ Visual C++。由于C++提供了把數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之上的操作封裝在一起的類、對(duì)象和方法的機(jī)制，并通過(guò)繼承、重載和多態(tài)性等特征實(shí)現(xiàn)了軟件的重用和程序的自動(dòng)生成，使軟件的構(gòu)造、開(kāi)發(fā)和維護(hù)變得更為有效，并能更好地反映客觀事物的本質(zhì)。Visual C++的MFC為面向?qū)ο蟮腤indows編程提供了強(qiáng)有力的支持，它與win32緊密相連，是當(dāng)今Windows系統(tǒng)平臺(tái)上最強(qiáng)大的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，利用Visual C++，從界面設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，能滿足不同用戶CAD系統(tǒng)要求。在VC++，主要有三種常用的工程：Win32 Console Application；Win32 Application；MFC AppWizard。Win32 Console Application 是用于創(chuàng)建DOS控制臺(tái)的C/C+